Adafruit TPL5110 Power Timer Breakout：低功耗电子设计的利器

在电子设计领域，低功耗设计一直是一个重要的课题。尤其是当我们的项目需要依靠电池或太阳能供电时，如何有效降低功耗成为了关键。今天，我们就来详细介绍一款能够解决这一问题的神器——Adafruit TPL5110 Power Timer Breakout。

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一、概述

许多开发板在设计时往往没有将低功耗作为首要考虑因素，特别是那些以价格和易用性为主要卖点的产品。当我们需要让项目依靠电池或太阳能运行时，传统的解决方案，如拆除稳压器、临时拼凑继电器或者使用555定时器等，都存在诸多不足。

而Adafruit TPL5110 Power Timer则是一款独立的扩展板，它可以将任何电子设备转变为低功耗设备。它内置了一个定时器，能够在100ms到2小时的范围内调整开启周期。通过电位器或电阻，我们可以轻松设置定时器的延迟时间，从而实现对项目电源的周期性开启和关闭。当项目完成任务后，会向TPL5110发送信号，告知其可以安全地关闭电源。如果在设定的超时时间内没有收到信号，TPL5110会像看门狗定时器一样重置设备。

在TPL5110运行但项目其余部分断电时，根据Monsoon Power Meter的测量，其电流消耗约为20uA。此外，我们还可以通过按下板载的触觉开关（或连接自己的开关到Delay引脚）手动开启设备。

二、引脚说明

1. 电源引脚

• VDD：这是TPL5110芯片和要控制设备的电源输入引脚。必须确保该引脚始终连接并供电，输入电压范围为3 - 5VDC，切勿使用12VDC电源。
• GND：这是电源和信号的公共接地引脚。

2. 控制引脚

• Delay：延迟控制引脚。通过调整连接到该引脚到地的电阻（而非电压），可以改变电源开启之间的延迟时间。默认情况下，该引脚连接到板载的微调电位器。我们也可以切断背面的走线，然后在Delay和GND之间连接自己的电阻。此外，如果将该引脚直接连接到VDD（例如通过开关），则会立即激活输出。需要注意的是，该引脚不是连续采样的，更改电阻后需要重新上电。
• DRV：驱动输出引脚。当定时器激活时，TPL5110会以与VDD相同的电压为该引脚供电。
• Done：这是被驱动电子设备向TPL5110发送的信号引脚，用于告知TPL5110任务已完成，TPL5110可以关闭电源。

此外，在右上角还有一个“active” LED指示灯，当DRV引脚通电时会亮起。如果需要极低的电流消耗，可以切断PCB后面的走线。

三、组装步骤

1. 准备引脚排

根据需要将引脚排裁剪到合适的长度。将其插入面包板，长引脚朝下，这样更便于焊接。

2. 添加扩展板并焊接

将扩展板放在引脚上，使短引脚穿过扩展板的焊盘。确保焊接所有5个引脚，以保证可靠的电气连接。如果对焊接技巧不太熟悉，可以参考Adafruit的《Guide to Excellent Soldering》（https://adafru.it/aTk）。

四、使用方法

1. 基本操作

首先，断开电源，通过调整板载的微调电位器设置所需的延迟时间。电位器完全向左旋转时，开启周期为每100ms一次；完全向右旋转时，开启周期为每2小时一次。然后，将VDD连接到3 - 5V的电源，将项目的电源输入连接到DRV引脚。最后，从项目中选择一个信号引脚连接到Done引脚。在项目的代码或设计中，确保任务完成后将Done引脚置为高电平。

2. 延迟引脚注意事项

• 不要在该引脚连接电压，而是使用电阻来确定延迟时间。
• 该引脚不是连续采样电阻值的，只有在通电时才会采样一次。因此，先设置好所需的延迟时间，然后再给扩展板上电。
• 可以通过将Delay引脚连接到VDD来立即开启项目。板载默认有一个按钮，也可以连接自己的按钮。

• 电阻与延迟时间不是线性关系，而是通过一个复杂的算法根据电阻值来设置时间。可以查看数据手册进行精确计算，也可以参考以下大致的对应表格：	延迟时间	电阻值
  1秒	5.2 KΩ
  2秒	6.79 kΩ
  3秒	7.64 kΩ
  4秒	8.3 kΩ
  5秒	8.85 kΩ
  6秒	9.26 kΩ
  7秒	9.71 kΩ
  8秒	10.18 kΩ
  9秒	10.68 kΩ
  10秒	11.2 kΩ
  20秒	14.41 kΩ
  30秒	16.78 kΩ
  40秒	18.75 kΩ
  50秒	20.047 kΩ
  1分钟	22.02 kΩ
  2分钟	29.35 kΩ
  3分钟	34.73 kΩ
  4分钟	39.11 kΩ
  5分钟	42.90 kΩ
  6分钟	46.29 kΩ
  7分钟	49.38 kΩ
  8分钟	52.24 kΩ
  9分钟	54.92 kΩ
  10分钟	57.44 kΩ
  20分钟	77.57 kΩ
  30分钟	92.43 kΩ
  40分钟	104.67 kΩ
  50分钟	115.33 kΩ
  1小时	124.91 kΩ
  1小时30分钟	149.39 kΩ
  2小时	170 kΩ

如果需要较短的延迟时间，而板载的200 kΩ微调电位器难以实现精确计时，可以切断PCB背面的走线，安装所需的电阻，并对整个设置进行硬重置。

3. ESP8266 Feather示例

ESP8266可能需要一些调整才能正常工作，并且某些引脚有特殊用途，不适合作为Done引脚。这里有一个ESP8266 Feather与NeoPixel环的示例。我们通过一个扩展适配器从microUSB电缆供电，USB电源通过TPL5110连接到电源轨。为了稳定电源轨，我们添加了一个47uF的电容器。

在代码中，我们不断地将Done引脚拉高和拉低，以确保TPL5110能够“捕捉”到信号。虽然这可能不是必需的，但也不会有坏处。不过需要注意的是，虽然有人成功地将该扩展板与Huzzah ESP8266 Feather配合使用，但也有人反馈无法正常工作，因此使用ESP8266时并不能保证一定能成功。

五、实用配件

• 20mm Coin Cell Breakout Board (CR2032)：这是一款简单而有效的可缝纫扩展板，上面焊接了一个CR2032硬币电池座，并带有0.1"间距的扩展引脚，便于连接，非常适合为低功耗设备供电。点击购买
• JST - PH 2 - Pin SMT Right Angle Breakout Board：这是一个焊接在面包板友好型扩展板上的简单2引脚连接器，与“JST PH 2 - pin”连接器兼容，可与所有单电池设备完美匹配。点击购买
• USB Micro - B Breakout Board：该扩展板带有一个USB Micro - B连接器，所有5个引脚都引出，非常适合与支持USB的微控制器配对，或者为项目添加USB 5V电源。点击购买
• Breadboard - friendly 2.1mm DC barrel jack：这款电源插孔设计用于紧密、安全地适配2.1mm电源插头，非常适合为项目添加电源连接器。点击购买

六、下载资源

• Fritzing对象：可在Adafruit Fritzing库中获取（https://adafru.it/aP3）。
• EagleCAD PCB文件：可在GitHub上获取（https://adafru.it/uFz）。
• 原理图和制造图纸：可查看相关资料。
• TPL5110数据手册：点击下载

总的来说，Adafruit TPL5110 Power Timer Breakout为电子工程师提供了一个简单而有效的低功耗解决方案。通过合理设置定时器和使用相关配件，我们可以轻松实现各种低功耗项目。你在实际使用中是否遇到过类似的低功耗设计问题呢？你又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。